Подшипники коленчатого вала

Коленчатый вал, как вращающаяся деталь, опирается на подшипники; в тепловозных дизелях преимущественно применяются подшипники скольжения. Имеются дизели, у которых коленчатый вал опирается на роликовые подшипники (рис 54). Роликовый  или  шариковый    подшипник состоит из двух колец—внутреннего и наружного, между которыми помещены ролики или шарики. При этом внутреннее кольцо укрепляется на шейке вала. Если вал прямолинеен, не имеет колен, то насадить кольцо на шейку вала можно с торца. У коленчатого же вала в разные стороны выступают колена, которые мешают насадке колец.

Рис. 54. Коленчатый вал с цилиндрическими щеками и роликовыми подшипниками

Применить подшипники качения в коленчатых валах можно, если эти валы сделать разъемными или увеличить диаметр коренных шеек до размера, при котором внутренние кольца подшипников будут свободно проходить по валу. В качестве коренных опор коленчатого вала на роликовых подшипниках (см. рис. 54) использованы щеки, которым придана форма цилиндрических шайб (дисков). За счет замены обычных коренных шеек более узкими шейками под роликовые подшипники вал удается сделать короче. Однако задача применения подшипников качения, особенно с ростом удельных нагрузок, оказывается очень сложной в    конструктивном  отношении. Гораздо проще установить подшипники скольжения, которые можно выполнять разъемными. Такие подшипники применяются на дизелях 10Д100, 2Д100, 11Д45, М756, Д50 и др. Где бы ни стояли эти подшипники — на коренных или шатунных шейках, устройство их остается в общем одинаковое. Каждый подшипник представляет собой втулку, разрезанную пополам (рис. 55). Коленчатый вал сначала укладывают коренными шейками на нижние вкладыши (полувтулки), а затем шейки накрывают верхними вкладышами. Соединяясь друг с другом по плоскости разъема, два вкладыша образуют один коренной или шатунный подшипник.

Рис. 55. Вкладыши коренных подшипников коленчатого вала дизелей типа Д100: а - опорного подшипника; б - опорно-упорного подшипника

С 1967 г. на дизелях 10Д100 устанавливают шатунные вкладыши повышенной работоспособности: без сплошной кольцевой канавки на рабочей поверхности наиболее нагруженного (рабочего) вкладыша. Для подвода масла к таким вкладышам в коленчатых валах изменено расположение маслоподводящих каналов. Устанавливать коленчатые валы прежней конструкции с шатунами и вкладышами новой конструкции (без канавок) нельзя, так как при этом смазка не поступит на поршневой палец и на охлаждение поршня. Нижние коленчатые валы дизелей 10Д100 и 2Д100 при установке обычных шатунных вкладышей (с кольцевыми канавками на рабочей поверхности) полностью взаимозаменяемы, а верхние — невзаимозаменяемы: отличаются приводом воздуходувок. Когда частота  вращения вала  мала,  особенно при  пуске дизеля,  между поверхностями шеек и подшипников смазки оказывается недостаточно. Из-за этого возникает полусухое трение, сопровождающееся интенсивным износом трущихся поверхностей, а также выделением тепла, при котором подшипник может расплавиться. Для того чтобы этого не случилось, принимают меры, о которых читатель узнает позже, а пока подчеркнем следующий очевидный факт: рациональнее, чтобы срабатывался подшипник, а не шейка вала. С этой целью вкладыши делают из материалов, обладающих малым коэффициентом трения и хорошей теплопроводностью. Такими материалами являются антифрикционные сплавы (баббит, бронза и   др.). Наименьшим коэффициентом трения обладает сплав баббит, к тому же он не только мягок, но и легкоплавок. Если на подшипник действуют большие удельные нагрузки, то в качестве антифрикционного сплава применяют свинцовистую бронзу, трущуюся поверхность которой покрывают тонким слоем олова, а поверхность (слой)  шеек вала   азотируют. Чтобы разумно использовать специфические свойства баббита, поступают так: вкладыши изготовляют из бронзы, а поверхность их, прилегающую к шейке вала, заливают тонким слоем (0,5—0,75 мм) баббита. Самое главное, чтобы, во-первых, шейки вала во время работы всплывали на масляном «клине» (клинообразном слое масла), образующемся в зазоре между шейкой и подшипником, а во-вторых, чтобы в случае уменьшения масляного клина и возникновения полусухого трения не произошло задира, которому хорошо сопротивляется   баббит. Наряду с высокой точностью изготовления вкладышей и надлежащим классом шероховатости (чистотой) поверхности шеек вала высокие требования предъявляются и к опорным поверхностям подшипников. Как же образуются опорные гнезда под вкладыши? Если заглянуть внутрь блока дизеля 10Д100, то можно увидеть массивные половины опор верхнего и нижнего коленчатых валов. Одна половина каждой опоры коренного подшипника (бугель) приварена к вертикальной поперечной перегородке. В ней помещается верхний или нижний вкладыш. После установки на бугеле второй половины опоры — крышки коренного подшипника (рис. 56) с вкладышем — и закрепления ее двумя шпильками или болтами подшипник коленчатого вала оказывается собранным полностью.

Рис. 56. Опора коренного подшипника нижнего коленчатого вала дизеле 10Д100, 2Д100

Внутренние поверхности опорных гнезд, к которым прилегают наружные поверхности вкладышей, называютсяпостелями. Правильное прилегание бронзовой поверхности вкладыша к поверхности постели имеет важное значение. Если давление от вкладыша будет передаваться не на всю опорную поверхность постели, а только на отдельные участки ее, то вкладыши будут испытывать повышенные напряжения и подшипник разрушится. Процесс установки вкладыша в постель требует особого внимания. Внутренний диаметр постели делают меньше наружного диаметра вкладышей. При постановке вкладыши сжимаются, и постель плотно обхватывает их. Ответим на такой вопрос: какой натяг, т. е. какую разность между диаметрами вкладыша и постели следует выдержать, чтобы обеспечить плотность соединения  хорошо  обработанных сопрягаемых деталей? Это имеет существенное значение для длительной и надежной работы подшипника. Если натяг сделать очень большим, то вкладыш будет испытывать чрезмерные деформации, что недопустимо. Если натяг будет мал, вкладыш быстро ослабнет, что также недопустимо. Для дизеля 10Д100 величина натяга каждого вкладыша должна быть 0,08—0,11  мм. Для фиксации положения вкладыша при сборке имеются штифты (дизель 10Д 100) или выступы (дизель Д50), входящие в соответствующие углубления или вырезы опоры. В центральной части вкладышей образована кольцевая канавка, в которую подводится смазка через отверстия. Как правило, кроме опорных подшипников, каждый коленчатый вал имеет один опорно-упорный подшипник (см. рис. 55, б), который ограничивает перемещение вала вдоль продольной оси дизеля. Опорно-упорными подшипниками в дизелях 2Д100 и 10Д100 являются одиннадцатый, а в дизеле Д50 — седьмой. Вкладыши опорно-упорных подшипников имеют бурты, в которые упираются   фланцы   вала.